JP6591881B2 - 中空弁の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に内燃エンジンのための、ガス交換のための少なくとも１つの中空弁を製造するための装置に関する。

内燃エンジンのための中空弁は、長期にわたって従来技術の一部であり、冷却効果のために、内燃エンジンのより長い耐用年数および改善された性能を可能にする。シリンダヘッド内の弁座リングを介したシンプルな放熱に加えて、そのような中空弁は、また、冷媒、例えばナトリウムをその空洞内に収容する可能性を提供し、その結果として、特に出口弁としての使用において利点が実現され得る。ナトリウムはセ氏９７．５℃で溶解し、また、熱伝導性が非常によく、ナトリウムは内燃エンジンの動作温度において液体となり、そして質量力によってステム内を行ったり来たりする。このことは、また、「シェーカー効果」と言われる。冷媒、すなわち通常はナトリウムは、燃焼の間に生じる熱のうちいくらかを、弁ディスクおよび特に高い負荷のかかる中空スロート部分からステム部分へと輸送し、弁ガイドを介してそこから熱を奪われ得る。弁ディスクの温度は、ナトリウム冷却式の中空弁によって８０〜１５０℃だけ低下し得る。有利な副次的作用は、また、そのような中空弁が、ナトリウムの充填に関わらず、中実の弁ステムを有する弁よりも軽量であることである。

しかしながら、弁ステム内の実際のボアに加えて、弁ディスク内の空洞は、弁ディスクのうち高い負荷のかかる部分（例えば、中空のスロート部分）をより冷却できるように、より大きくされるべきである。このためにＥＣＭ法（電解加工）として知られているものが通常用いられ、そこでは弁ステムのボア内にカソードが差し込まれ、電解液を介して被加工物、この場合には中空弁（アノードとして機能する）に向かって電子を放出する。

しかしながら、既知の中空弁の短所は、弁ディスクまたは弁ヘッド内の空洞を作製するためにカソードの極めて正確な案内および位置決めが必要であるため、その製造が比較的複雑であるということにある。

したがって、本発明は、ガス交換のための少なくとも１つの中空弁の製造のための装置を明示し、当該装置によってそのような中空弁の特に正確であると同時に経済的な製造を可能にするという問題に関する。

この問題は、独立請求項１の主題による本発明によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明は、特に内燃エンジンのための、ガス交換のための少なくとも１つの中空弁の製造のための複数の部分からなる装置を明示するという一般的概念に基づいている。当該装置によると、加工される中空弁が加工の間確実に固定されることと、カソードの極めて正確な案内との両方が可能となる。さらに、完全に加工された中空弁は、まだ加工されていない中空弁と比較的簡易に取り替えられ得、特に経済的な製造をもたらす。本発明に係る装置は、弁ステム芯出し手段、弁容器、および弁ヘッド保持器からなる弁保持器を備えており、弁容器は、保持される弁ステムに適合し、弁ヘッド保持器は、保持される弁ヘッドに適合している。そして、弁保持器は、加工される中空弁が重力に誘導される態様で保持されることを許容する。弁ヘッド保持器が、頂部に設けられかつそれゆえに加工される中空弁が上方から案内されてシンプルな態様で固定されるのを許容するためである。弁保持器は、その弁ステム芯出し手段で第１支持体に設けられている一方、少なくとも１つのカソード保持器は、その下方に配置された第２支持体に固定されている。当該カソード保持器はカソードを有し、該カソードは、弁ステム芯出し手段を経由しかつ第１支持体を通って中空弁のボア内へ案内され得る。さらに、本発明に係る装置は、弁ヘッド保持器に対向する少なくとも１つの接触板を備えている。特に弁ヘッドにおける拡張された空洞を作製するための本発明に係る中空弁の加工は次のように実行される。すなわち、まず、加工される中空弁が、その弁ヘッド（弁ディスク）が弁ヘッド保持器に支えられるまで弁保持器内に上方から逆さまに配置される。そして、接触板が弁保持器に保持された中空弁と接触するまで、第１支持体が接触板に対して動かされるか、あるいは接触板が第１支持体に向かって動かされる。その次の方法ステップでは、接触板が第１支持体に向かってさらに押され、その結果として、接触板と第１支持体との間の距離は変わらないが、第１支持体と第２支持体との間の距離は変わる。第１支持体と第２支持体との間の距離の減少により、第２支持体に設けられたカソードが、弁ステム芯出し手段を経由して第１支持体を通って中空弁のボア内へと案内される。加工される中空弁に到達するまでカソードが差し込まれると、電解液がまた供給され、電解加工が開始され得る。プロセスにおいて、カソードは、シール部によって弁ステム芯出し手段との間がシールされる。製造される中空弁の弁ヘッド内の所望の拡張された空洞が作製されると、例えば接触板が再び後退させられ、その結果としてカソードが中空弁のボアから出され、そして接触板と加工される中空弁の弁ヘッドとの間の接触が絶たれる。完全に加工された中空弁は、その後、弁保持器から簡単に取り外され得る。

便宜的に、接触板は、少なくとも一部が導電性材料、特にステンレス鋼または銅から形成されている。両方の実施形態が、加工される中空弁と接触板との間の最適な電気伝導を許容し、かつさらに耐腐食性を有しており、そのことが長い耐用年数をもたらす。

本発明に係る解決方法の別の有利な実施形態では、弁ヘッド保持器が、弁容器に対して弾性的に移動可能に設置されている。これにより、特に公差を補償すること、および低ストレスの態様で弁保持器に中空弁を固定することが可能になる。

本発明に係る解決方法の有利な展開では、弁ステム芯出し手段が電解液供給部を有しかつカソード保持器が電解液放出部を有している。その代わりに、弁ステム芯出し手段が電解液放出部を有しかつカソード保持器が電解液供給部を有することもまた考えられる。これらは等価なものであるが、電解液供給部および電解液放出部の異なる設計の実施形態である。電解液の漏れを確実に防止するために、カソードは、シール部によって弁ステム芯出し手段との間がシールされている。それにより、電解液に１５バールまでの圧力をかけることが可能となる。

全ての実施形態に共通することとして、弁保持器または少なくともその弁ヘッド保持器、および／またはカソード保持器は、比較的簡易に交換することが可能であり、その結果として、本発明に係る装置は、多種多様な加工される中空弁にフレキシブルかつ簡易に適用され得る。さらに、本発明に係る装置を１つの中空弁のみでなく複数の中空弁を同時に加工することに使用することももちろん考えられ、それにより特に製造コストが低減される。装置内において、弁容器内で吊された態様のみでなく起立したまたは横になった態様で弁を加工することもまた考えられるが、ここに記載する吊された姿勢が特に有利である。

本発明のさらなる重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を用いた図の関連する説明から見つけられ得る。

上述した特徴および以下でさらに説明する特徴が、本発明の範囲を逸脱することなく、各ケースにおいて与えられる組合せにおいてのみでなく、他の組合せにおいてまたは単独で利用され得ることは言うまでもない。

図１は、少なくとも１つの中空弁を製造するための本発明に係る装置の概略断面図である。 図２は、図１における弁ステム芯出し手段の領域の細部を示す概略図である。 図３Ａは、移動可能な接触板および第２支持体と、弁容器と共に固定された第１支持体とを備えた本発明に係る装置の概略図である。 図３Ｂは、移動可能な接触板および第１支持体と、カソードと共に固定された第２支持体とを備えた本発明に係る装置の概略図である。 図３Ｃは、移動可能な第１および第２支持体を備えた本発明に係る装置に概略図である。

本発明に好ましい代表的な実施形態について、図面に示すと共に以下の記載においてより詳細に説明する。同一の構成要素、類似する構成要素、または機能的に等しい構成要素には同じ参照符号を付する。

図１によると、特に内燃エンジンのための、ガス交換のための少なくとも１つの中空弁を製造するための本発明に係る装置１は、少なくとも１つの弁保持器３、この例では２つの弁保持器３を備えている。加工される中空弁２は、その弁ヘッド４が弁ヘッド保持器５において静止するまで弁保持器３に逆さまに差し込まれる。もちろん、加工される中空弁２は特に起立したまたは横になった状態、および吊された態様だけでない任意の姿勢とすることがまた代替的に考えられる。弁保持器３は、弁ステム芯出し手段６、弁容器７、および上記弁ヘッド保持器５から構成されている。弁容器７は、中空弁２の保持される弁ステムに適合しており、弁ヘッド保持器５は、中空弁２の保持される弁ヘッド４に適合している。弁保持器３は、その弁ステム芯出し手段６によって第１支持体８に設けられている。さらに、少なくとも１つの第２支持体９が設けられており、その上にカソード１１が配置されたカソード保持器１０が設けられている。カソード１１は、弁ステム芯出し手段６を経由して第１支持体８を通り、中空弁２のボア内へ案内され得る。弁ヘッド保持器５に対向して、本発明に係る装置１は、また、接触板１２を備えている。接触板１２は、少なくとも一部が、特にステンレス鋼または銅のような導電性材料から形成されていて、そのために電気をよく伝える。

図２を見ると、カソード１１が弁ステム芯出し手段６および第１支持体８を貫通していることと、同時に、弁ステム芯出し手段６がカソード１１を中空弁２のボアにより容易に案内するための斜面１３を有していることがわかる。弁ヘッド保持器５は、弁容器７に対して弾性的に移動可能に設置されており、その結果としてわずかな公差の補償が可能となり、かつ、弁ヘッド保持器５が異なる型の弁にも使用され得る。弁容器７に対する弁ヘッド保持器５の弾性支持は、コイルばね１４によってもたらされる。

本発明に係る装置１によると、特に中空弁２の弁ヘッド４の領域の空洞は、そこでの向上した冷却を実現するために、電解加工によって拡張される。カソード１１に加えて、これを行うためには電解液も必要であり、当該電解液は、例えば中空のカソード１１を通して供給され、弁ステム芯出し手段６の領域に設けられた電解液放出部１６’を介して放出される。この場合、弁ステム芯出し手段６が電解液放出部１６’を有し、カソード保持器１０が電解液供給部１６を有している。その代わりに、もちろん、弁ステム芯出し手段６が電解液供給部１６を有していてもよく、カソード保持器１０が電解液放出部１６’を有していてもよい。電解液の漏れを確実に防止するために、カソード１１は、シール部２０によって弁ステム芯出し手段６との間がシールされている。

本発明に係る装置１では、接触板１２は、通常、この接触板１２が少なくとも中空弁２の弁ヘッド４と導電的に接触するまで第１支持体８に対して移動可能である（図３Ｂを参照）。第１支持体８に対して接触板１２がさらに移動すると、接触板１２がこの接触板１２と第１支持体８との間に設けられた停止部１７に支えられるまで弁ヘッド保持器５が押し下げられる（図１を参照）。そして接触板１２がさらに押し下げられると、第１支持体８が第２支持体９に向かって下方へ移動し、カソード１１が弁ステム芯出し手段６および第１支持体８を通って中空弁２のボア内へ案内される。最終位置は、第１支持体８が停止部１７’に支えられるか（図１を参照）、または所定の高さ位置に到達したときに到達される。操作は、例えば、空気圧もしくは油圧システムまたは数値的に制御された態様で実行されてもよい。第２支持体９は固定されている。カソード１１が中空弁２のボア内の所定の程度まで差し込まれると、電解加工が実行され得る。

図３Ａは、移動可能な接触板１２および第２支持体９と、弁容器７と共に固定された第１支持体８とを備えた本発明に係る装置１を示している。この場合、接触板１２は、少なくともこの接触板１２が中空弁２の弁ヘッド４と導電的に接触するまで第１支持体８に対して下方へ移動可能である。それに対して、カソード１１が設けられた第２支持体９は、カソード１１が弁ステム芯出し手段６を通って中空弁２内へ差し込まれるまで下方から上方へ動かされる。

そして次に、図３Ｃは、移動可能な第１および第２支持体８，９を備える一方、接触板１２が固定されている本発明に係る装置１の変形例を示している。この場合、したがって、第１支持体８は、接触板１２が中空弁２の弁ヘッド４と導電的に接触するまで、接触板１２に向かって上方に動かされる。第１支持体８が接触板１２に対してさらに動かされると、弁ヘッド保持器５が押し下げられる。そして、カソード１１が設けられた第２支持体９は、カソード１１が弁ステム芯出し手段６および第１支持体８を通って中空弁２のボア内へ案内されるまで上方に動かされる。カソード１１が中空弁２のボア内において所定の程度まで差し込まれると、電解加工が実行され得る。

概して、弁ステム芯出し手段６は所定の態様で中空弁２の弁ステム、特に弁ステムエンドを収容でき、それをカソード１１に対して一線上にそろえる。弁ステム芯出し手段６は、異なる型の加工される弁のための迅速な交換を可能とするために、容易に交換できる部品として、例えば弁容器７および／または弁ヘッド保持器５として設計されている。カソード１１の中空弁２のボア内への非接触の案内を常に可能とするために、カソード１１の外径はボアの直径にボアオフセット（公差）を加えたものよりも小さい。

本発明に係る装置１は、もちろん、１つの中空弁２を加工するためのみでなく、複数の中空弁２を並行して同時に加工するために使用されてもよく、その結果として、極めて高品質であるのみでなく経済的でもある中空弁２の製造が可能となる。

１ 装置
２ 中空弁
３ 弁保持器
４ 弁ヘッド
５ 弁ヘッド保持器
６ 弁ステム芯出し手段
７ 弁容器
８ 第１支持体
９ 第２支持体
１０ カソード保持器
１１ カソード
１２ 接触板
１７ 停止部
１６ 電解液供給部
１６’ 電解液放出部
２０ シール部

Claims (12)

1. 内燃エンジンのための、ガス交換のための少なくとも１つの中空弁（２）を製造するための装置（１）であって、
   弁ステム芯出し手段（６）、弁容器（７）、および弁ヘッド保持器（５）から構成される少なくとも１つの弁保持器（３）を備え、
   上記弁容器（７）は、保持される弁ステムに適合し、
   上記弁ヘッド保持器（５）は、保持される弁ヘッド（４）に適合し、
   上記弁ステム芯出し手段（６）で上記弁保持器（３）が設けられた第１支持体（８）と、
   第２支持体（９）に設けられかつカソード（１１）を有する少なくとも１つのカソード保持器（１０）とをさらに備え、
   上記カソード（１１）は、上記弁ステム芯出し手段（６）を経由しかつ上記第１支持体（８）を通って上記中空弁（２）のボア内へ案内され得るようになっており、
   上記弁ヘッド保持器（５）に対向する少なくとも１つの接触板（１２）をさらに備えている
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１において、
   上記カソード（１１）が、上記第１支持体（８）を貫通している
   ことを特徴とする装置。
3. 請求項１または２において、
   上記カソード（１１）は、シール部（２０）によって上記弁ステム芯出し手段（６）との間がシールされている
   ことを特徴とする装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記接触板（１２）は、少なくとも一部が導電性材料から形成されている
   ことを特徴とする装置。
5. 請求項４において、
   上記導電性材料は、ステンレス鋼または銅である
   ことを特徴とする装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   上記第１支持体（８）は、該第１支持体（８）が上記第２支持体（９）および／または上記接触板（１２）に対して相対移動できるように設置されている
   ことを特徴とする装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   上記第１支持体（８）が、固定され、
   上記第２支持体（９）および上記接触板（１２）は、該第２支持体（９）および該接触板（１２）が上記第１支持体（８）に対して相対移動できるように設置されている
   ことを特徴とする装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、
   上記弁ヘッド保持器（５）が、上記弁容器（７）に対して弾性的にかつ軸方向に移動可能に設置されている
   ことを特徴とする装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項において、
   上記接触板（１２）が、上記第１支持体（８）に対して移動可能であり、
   上記第１支持体（８）と上記接触板（１２）との間に、停止部（１７）が設けられている
   ことを特徴とする装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項において、
    上記第１支持体（８）は、加工される上記中空弁（２）が上記接触板（１２）上で静止している場合に、上記第２支持体（９）に対して移動可能である
    ことを特徴とする装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項において、
    上記弁ステム芯出し手段（６）が、電解液供給部（１６）を有し、かつ、上記カソード保持器（１０）が、電解液放出部（１６’）を有しているか、
    または、
    上記弁ステム芯出し手段（６）が電解液放出部（１６’）を有し、かつ、上記カソード保持器（１０）が、電解液供給部（１６）を有している
    ことを特徴とする装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項において、
    上記中空弁（２）が、上記装置（１）において、吊された、起立した、または横になった態様で配置される
    ことを特徴とする装置。

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